本发明涉及一种封装方法，尤其是一种晶圆级气密封方法，属于mems器件封装的技术领域。
背景技术
mems器件通常包含若干可动部分，所述可动部件需要在真空环境下正常工作，而真空环境的实现需要气密封装。气密封装的质量直接由可动部件是否受到装配过程中的灰尘，水汽等因素的影响，从而最终决定器件的整体性能。
为了实现mems器件的气密封装，人们提出了多种mems器件气密封装方法，其基本思想是将一个带腔体的盖板键合到另一个含mems器件晶片上，从而保护mems器件的可动部件。目前，mems器件气密封装的键合方法主要有：直接键合工艺，如硅玻璃阳极键合，硅硅熔融键合，玻璃直接键合等。直接键合工艺常需要在较高的温度下才能够实现，高温度对要求低应力气密封装的mems器件是不适宜的，而且硅玻璃阳极键合、硅硅熔融键合对键合表面的平整度要求较高。胶键合可实现在较低的温度下气密封装mems器件，但在键合的过程中要释放一些溶剂和小分子气体，很难获得很好的气密性。玻璃浆料键合技术虽然对表面粗糙度要求低，且键合是在较低的温度下进行的，但玻璃浆料不可直接光刻实现图形化，而且键合完的封装材料不可承受高温，很大地限制了mems器件的工作范围。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种晶圆级气密封装方法，其能有效实现晶圆间的低温键合，键合的封装器件能满足高温工艺要求，保证mems真空封装器件的气密性和稳定性。
按照本发明提供的技术方案，所述晶圆级气密封装方法，所述气密封装方法包括如下步骤：
步骤1、提供待键合的第一晶圆体以及第二晶圆体，并在第一晶圆体上旋涂均匀分布的陶瓷前驱体溶液，以利用所述陶瓷前驱体溶液得到覆盖于第一晶圆体上的键合膜层；
步骤2、将上述第一晶圆体、第二晶圆体利用键合机进行真空键合，第二晶圆体通过键合膜层与第一晶圆体键合固定，以使得第二晶圆体与第一晶圆体气密封装连接。
所述陶瓷前驱体在第一晶圆体上得到键合膜层的过程包括如下步骤：
步骤1.1、将陶瓷前驱体溶解，以得到陶瓷前驱体溶液；取所需容量的陶瓷前驱体溶液，并将所取出的溶液滴在第一晶圆体上；
步骤1.2、利用匀胶机将第一晶圆体上的陶瓷前驱体溶液摊开，所述匀胶机的转速为600r/s～800r/s，转动时间为5s～8s；
步骤1.3、利用匀胶机将上述第一晶圆体上的陶瓷前驱体溶液高速均匀地涂覆在第一晶圆体的表面上，以得到覆盖于第一晶圆体上的键合膜层。
步骤1.3中，匀胶机的转速为2000r/s～3000r/s，转动时间30s～40s时，键合膜层的厚度2μm～3μm；
匀胶机的转速为4000r/s～5000r/s，转动时间30s～40s时，键合膜层的厚度1μm～2μm。
步骤2中，利用键合机进行真空键合时，键合机腔室内的真空度为10-3pa时，使第一晶圆体与第二晶圆体接触，施加0.15～0.2mpa的冲压，并将压头的温度缓慢升到200℃～250℃，压头的温度保持10～20min，以使得第二晶圆体固化在第一晶圆体上的键合膜层上。
在所述键合膜层上设置微纳米结构，所述键合膜层由光敏性陶瓷前驱体溶液制备得到时，所述微纳米结构通过光刻工艺制备得到，所述键合膜层由非光敏性陶瓷前驱体溶液制备得到时，所述微纳米结构通过光刻与刻蚀工艺制备得到。
所述第一晶圆体、第二晶圆体为硅衬底、玻璃衬底或金属衬底。
本发明的优点：利用陶瓷前驱体溶液在第一晶圆体上制备键合膜层，第二晶圆体键合固定在第一晶圆体的键合膜层上，在键合过程中的温度不超过250℃，不会造成键合膜层2的微沟道横截面形状的改变；由陶瓷前驱体溶液制备键合膜层时，可以使用旋涂的方式涂覆，极大的简化了工艺流程；键合膜层可实现图形化，使用图形化的键合膜层进行键合可以实现器件的结构封装，极大地扩大了封装器件的工艺使用范围；由陶瓷前驱体的性质，在完成晶圆级气密封装后，使得封装完成之后可以承受500℃的高温，保证器件在极限工作环境下的气密性和稳定性，扩大了制备得到mems器件的使用范围。
附图说明
图1～图3为本发明第一晶圆体、第二晶圆体利用键合膜层直接键合时的具体实施工艺步骤剖视图，其中
图1为本发明第一晶圆体的剖视图。
图2为本发明在第一晶圆体上得到键合膜层后的剖视图。
图3为本发明第二晶圆体键合固定在第一晶圆体上的剖视图。、
图4为本发明通过光刻工艺在键合膜层上制备得到微纳米结构的剖视图。
图5为本发明第二晶圆体键合在具有微纳米结构的键合膜层上。
图6～图12为本发明利用非光敏性陶瓷前驱体得到键合膜层时的具体实施工艺步骤剖视图，其中
图6为本发明第一晶圆体的剖视图。
图7为本发明在第一晶圆体利用非光敏性陶瓷前驱体制备键合膜层后的剖视图。
图8为本发明图7的键合膜层上涂覆光刻胶层的剖视图。
图9为本发明制备得到光刻胶图形的剖视图。
图10为本发明制备得到键合膜层图形的剖视图。
图11为本发明去除光刻胶层后的剖视图。
图12为本发明第二晶圆体键合在具有微纳米结构的键合膜层上。
附图标记说明：1-第一晶圆体、2-键合膜层、3-第二晶圆体、4-键合膜层图形、5-光刻胶图形以及6-光刻胶层。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
为了能有效实现晶圆间的低温键合，键合的封装器件能满足高温工艺要求，保证mems真空封装器件的气密性和稳定性，本发明的气密封装方法包括如下步骤：
步骤1、提供待键合的第一晶圆体1以及第二晶圆体3，并在第一晶圆体1上旋涂均匀分布的陶瓷前驱体溶液，以利用所述陶瓷前驱体溶液得到覆盖于第一晶圆体1上的键合膜层2；
具体的，第一晶圆体1、第二晶圆体3为硅衬底、玻璃衬底或金属衬底，第一晶圆体1、第二晶圆体3可以为裸晶圆或带有所需结构的晶圆结构，具体可以根据需要进行选择，此处不再赘述。
本发明实施例中，在第一晶圆体1上得到键合膜层2的过程包括如下步骤：
步骤1.1、将陶瓷前驱体溶解，以得到陶瓷前驱体溶液；取所需容量的陶瓷前驱体溶液，并将所取出的溶液滴在第一晶圆体1上；
具体地，陶瓷前驱体需要利用溶剂进行溶解，当陶瓷前驱体的材料为聚硅氮烷时，所述溶剂可以为正己烷。采用正己烷溶解陶瓷前驱体时，可将6g的陶瓷前驱体溶解在20ml的正己烷内。溶解后，取大约10ml的溶液滴在第一晶圆体1上，并利用下述步骤将陶瓷前驱体溶液均匀涂覆在第一晶圆体1上。
步骤1.2、利用匀胶机将第一晶圆体1上的陶瓷前驱体溶液摊开，所述匀胶机的转速为600r/s～800r/s，转动时间为5s～8s；
步骤1.3、利用匀胶机将上述第一晶圆体1上的陶瓷前驱体溶液高速均匀地涂覆在第一晶圆体1的表面上，以得到覆盖于第一晶圆体1上的键合膜层2。
本发明实施例中，匀胶机的转速为2000r/s～3000r/s，转动时间30s～40s时，键合膜层2的厚度2μm～3μm；匀胶机的转速为4000r/s～5000r/s，转动时间30s～40s时，键合膜层2的厚度1μm～2μm。具体键合膜层2的厚度等可以根据需要进行选择确定，此次不在赘述。
步骤2、将上述第一晶圆体1、第二晶圆体3利用键合机进行真空键合，第二晶圆体3通过键合膜层2与第一晶圆体1键合固定，以使得第二晶圆体3与第一晶圆体1气密封装连接。
本发明实施例中，利用键合机进行真空键合时，且当键合膜层2上无微纳米结构时，直接将两片待键合的第一晶圆体1、第二晶圆体3放在键合机夹具上，用夹具上的三个垫片保持第一晶圆体1与第二晶圆体3处于分开状态，再把夹具放入键合腔室；键合机腔室内的真空度为10-3pa时，使第一晶圆体1与第二晶圆体3接触，施加0.15～0.2mpa的冲压，并将压头的温度缓慢升到200℃～250℃，压头的温度保持10～20min，以使得第二晶圆体3固化在第一晶圆体1上的键合膜层2上。
具体实施时，在所述键合膜层2上设置微纳米结构，利用所述微纳米结构可以形成气密封装所需的腔室等结构，微纳米结构的具体结构形式等可以根据需要进行选择，此处不再赘述。
所述键合膜层2由光敏性陶瓷前驱体溶液制备得到时，所述微纳米结构通过光刻工艺制备得到，所述键合膜层2由非光敏性陶瓷前驱体溶液制备得到时，所述微纳米结构通过光刻与刻蚀工艺制备得到。本发明实施例中，光敏性陶瓷前驱体材料、非光敏性陶瓷前驱体相对应的材料均可以直接在市场上外购得到。
如图1、图2和图3所示，在第一晶圆体1上得到键合膜层2，键合膜层2上无微纳米结构，第二晶圆体3直接键合固定在第一晶圆体1的键合膜层2上，以实现第二晶圆体3与第一晶圆体1的气密封装固定。
如图4和图5所述，在第一晶圆体1上得到键合膜层2后，可以在键合膜层2上制备所需的微纳米结构，当键合膜层2由光敏性陶瓷前驱体溶液制备得到时，可以直接通过现有常用的光刻工艺制备得到所需的微纳米结构，即通过在键合膜层2上光刻后得到键合膜层图形4，以由所述键合膜层图形4形成微纳米结构。在得到微纳米结构后，将第二晶圆体3利用键合机键合固定在键合膜层2上。
本发明实施例中，当通过陶瓷前驱体材料得到键合膜层2后，由于陶瓷前驱体材料的分子结构中含有大量的si-h键，易于基材形成化学键，是强结构性粘合剂，陶瓷前驱体的材料也是偶联剂，既有极性氨基又有非极性烃基，表面张力小，易于表面浸润，从而能作为第一晶圆体1与第二晶圆体3相互键合固定的键合层。
如图6～图12所示，当键合膜层2由非光敏性陶瓷前驱体溶液制备得到时，可以通过现有常用的光刻、刻蚀工艺制备得到所需的微纳米结构，图6中，为第一晶圆体1的剖视图，图7为在第一晶圆体1上得到键合膜层2后的剖视图，其中，键合膜层2无法直接通过光刻制备微纳米结构。为了制备所需的微纳米结构，在键合膜层2上涂覆光刻胶层6，如图8所示。在涂覆光刻胶层6后，对光刻胶层6进行光刻，以得到光刻胶图形5，利用所述光刻胶图形5能得到所需的微纳米结构，如图9所示。利用所述光刻胶图形5对键合膜层2进行刻蚀，以得到键合膜层图形4，如图10所示。具体刻蚀的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。在得到键合膜层图形4后，需要利用本技术领域常用的技术手段将光刻胶层6去除，如图11所述。最后，将第二晶圆体3键合固定在第一晶圆体1的键合膜层2上。
此外，在利用键合机进行键合过程后，需要先关掉键合机的温度，等两个第一晶圆体1、第二晶圆体3的温度自然冷却至常温后，再关掉键合机上、下压头的压力，完成键合过程。
本发明利用陶瓷前驱体溶液在第一晶圆体1上制备键合膜层2，第二晶圆体3键合固定在第一晶圆体1的键合膜层2上，在键合过程中的温度不超过250℃，不会造成键合膜层2的微沟道横截面形状的改变；由陶瓷前驱体溶液制备键合膜层2时，可以使用旋涂的方式涂覆，极大的简化了工艺流程；键合膜层2可实现图形化，使用图形化的键合膜层2进行键合可以实现器件的结构封装，极大地扩大了封装器件的工艺使用范围；由陶瓷前驱体的性质，在完成晶圆级气密封装后，使得封装完成之后可以承受500℃的高温，保证器件在极限工作环境下的气密性和稳定性。